机械厂降压变电所的电气设计任务书

1、机械厂降压变电所的电气设计设计任务书（一）设计题目* 机械厂降压变电所的电气设计。（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况， 并适当考虑到工厂生产的发展， 按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。（三）设计依据1. 工厂总平面图 见附录 1。2. 工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为 4000h，日最大负荷持续时间为 6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉

2、房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为 380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为 220V。本厂的负荷统计资料如下表所示。厂房编厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数号动力3600.360.656 铸造车间照明7.30.851.02动力3850.250.62锻压车间8.70.781.0照明动力3710.280.615 金工车间照明7.60.861.01工具车间动力3480.320.62照明8.50.881.04动力2360.580.72电镀车间6.60.871.0照明3动力1880.60.73热处理车间照明7.30.881.09动力1670.370.

3、65装配车间7.00.871.0照明10动力1550.260.61机修车间1.60.91.0照明8锅炉房动力900.80.741.90.91.0照明7仓库动力190.30.821.30.881.0照明生活区照明4560.720.92注：表中生活区的照明负荷中含家用电器。3. 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电合同规定， 本厂可由附近一条 10kV 的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为 1.5m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约 6km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为 300MVA

4、。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为 1.6s 。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总厂度为 70km，电缆线路总长度为 15km。4. 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 35，年平均气温为 26，年最低气温为 -8 ，年最热月平均最高气温为 28，年最热月平均气温为 27，年最热月地下 0.8m 处平均温度为 24。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为 15。5. 地质水文资料 本场所在地区平均海拔 600m，地层土质以粘土为主，地下水位为 3m。6. 电费制度 本厂与当地供电部

5、门达成协议， 在本厂变电所高压侧计量电能， 设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本电费按主变压器容量记为18 元/kVA，动力电费为0.20元 /kWh，照明（含家电）电费为0.56 元/kW h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9 。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费： 6 10kV 为 800 元/kVA。（四）设计任务1. 设计说明书 需包括：1）前言。2）目录。3）负荷计算和无功功率补偿。4）变电所位置和型式的选择。5）变电所主变压器台数、容量与类型的选择。6）变电所主接线方案的设计。7）短路电流的计算。8）变电所一次设备的选择与校验。9）变

6、电所进出线的选择与校验。10) 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定。11）防雷保护和接地装置的设计。12）附录 -参考文献。2设计图纸需包括：1）变电所主接线图一张（A2 图纸）。2）变电所平、剖面图1 张（ A2图纸）。3）其他，如某些二次回路接线图等。（五）设计时间自年月日至年月日（周）指导教师（签名）年月日供配电课程设计说明书（一）计算负荷和无功功率补偿1. 负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表 1-1 所示。表 1-1 机械厂负荷计算表编名称类别设备容需要系costan 计算负荷号量 Pe/kW数 KdP30/kWQ30/kvarS30/kVAI 30/A动力3480.320.

7、621.27111.4141.51工具照明8.50.881.007.50车间小计356.5118.9141.5184.8280.9动力3850.250.621.2796.3122.32锻压照明8.70.781.006.80车间小计393.7103.1122.3160.0243.1热处动力1880.60.730.94112.8106.03理车照明7.30.881.006.40间小计195.3119.2106.0159.5242.44电镀动力2360.580.720.96136.9131.4车间照明6.60.871.005.70小计242.6142.6131.4193.9294.7动力3710.2

8、80.611.30103.9135.15金工照明7.60.861.006.50车间小计378.6110.4135.1174.5265.2动力3600.360.651.17129.6151.66铸造照明7.30.851.006.20车间小计367.3135.8151.6203.5309.3动力190.30.820.705.74.07仓库照明1.30.881.001.10小计20.36.84.07.912.0动力900.80.740.9172.065.58锅炉照明1.90.91.001.70房小计91.973.765.598.6149.8动力1670.370.651.1761.872.39装配照明

9、7.00.871.006.10车间小计174.067.972.399.2150.7动力1550.260.611.3040.352.410机修照明1.60.91.001.40车间小计156.641.752.467.0101.811生活照明4560.720.920.43328.3141.2357.4543.1区总计（ 380V动力23191248.41123.3侧）照明513.8计入Kp =0.8 ，K q=0.850.72998.7954.81381.72099.92无功功率补偿 由上表知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数只有 0.72 。而供电部门要求该厂 10kV 进线侧最大负荷时功率

10、因数不应低于 0.90 。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此 380V侧最大负荷时功率因数应稍大于 0.90 ，暂取 0.92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量。Qc= P30（tan 1-tan 2）=998.7tan(arccos0.72)-tan(arccos0.92)kvar=529.3kvar根据上述数据选 PGJI 型低压自动补偿屏，并联电容器为 BWO.4-14-3 型，采用其方案 2（主屏） 1 台与方案 3（辅屏） 4 台相组合，总共容量 112kvar 5=560kvar 。因此无功补偿后工厂 380V 侧和 10kV 侧的负荷计算如表 1-2 所示。表

11、1-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos 计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI 30/A380V侧补偿前负荷0.72998.7954.81381.72099.9380V侧无功补偿容量-560380V侧补偿后负荷0.93998.7394.81073.91632.1主变压器功率损耗0.0150.06 S 30 =64.4S =16.13010kV 侧负荷总计0.911014.8459.41113.964.4（二）变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。 工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。 在工厂平面的下边和左侧， 分别作一直角坐标的 x 轴和 y 轴，然后测

12、出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，例如 P1（x1，y1）、P2（ x2 ，y2）、P3（x3，y3）、 。而工厂的负荷中心假设在 P（ x， y），其中 P= P1+ P2+ P3+= Pi 。因此仿照力学中计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：P1 x 1P 2 x 2P3 x 3( Pi xi )xP 2P3PiP1P1 y 1P 2 y 2P3 y 3( Pi yi )yP2P3PiP1最后求得变电所位置如图 1-3 所示，在 2 号厂房的东面， 考虑进出线方便， 决定在 2 号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其型式为附设式。图 1-3变电所位置（三）变电所主变压器及主接线方案的选

13、择1. 变电所主变压器的选择（ 1）装设一台主变压器型号采用 S9 型，选 SN。T=1250kVAS30=1113.9kVA，即选一台S9-1250/10 型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与临近单位相联的高压联络线来承担。（ 2）装设两台主变压器型号亦采用 S9 型，每台变压器容量选择：SN。T（ 0.6 0.7 ） 1113.9= （668780）kVA， SN。 T S30（）=（203.5+193.9+98.6 ） kVA=496kVA。因此选两台 S9-800/10 型低损耗配电变压器。 工厂二级负荷所需的备用电源亦由临近单位的高压联络线来承担。考虑到各方面

14、因素，最终选择两台主变压器，容量都为800kVA。2. 接线方案电气主接线图见附录 2。（四）短路电路的计算1. 绘制计算电路图 1-4 短路计算电路2. 确定短路计算基准值设 Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN, 即高压侧 Ud1=10.5kV, 低压侧 Ud2=0.4kV, 则IIS d100MVAd 135 . 5 k A3 U d 110 . 5 k VS d100MVAd 23144 kA3U d 20 . 4 kV3. 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值（ 1）电力系统的电抗标幺值查表得 Soc =300MVA，因此100MVAX 10.33300MVA（ 2） 架空线

15、路的电抗标幺值查表得 X0=0.36 /km， 而线长 6km，故X 2100MVA1.96(0.366). 5 kV ) 2( 10（ 3） 电力变压器的电抗标幺值查表得 Uk%=4.5，因此X 34 . 5100MVAX 48005 .63100kVA绘短路等效电路图如图1-5 所示，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。图 1-5 标幺制法的短路等效电路图4. 计算 k-1 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（ 1）总电抗标幺值X ( k 1 )X 1X 20 .331 .962 .29（ 2）三相短路电流周期分量有效值I( 3 )I d 15 . 5 k A

16、k12 . 40 k AX( k1 )2 .29（ 3）其他三相短路电流I(3)I( 3 )I( 3 )2 . 40 kAk 1i sh(3 )2 .552 .406 . 12 k AI sh(3 )1 .512 .403 . 62 k A（ 4）三相短路容量( 3 )S d100 MVAS k 143 .67 MVAX( k 1 )2 .295. 计算 k-2 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（ 1）总电抗标幺值X ( k 2 )X ( k 1 )X 3 / X 42 .295 .635 .112（ 2）三相短路电流周期分量有效值I k( 3 )2I d 2144 kA28

17、. 18 kAX( k 2 )5.11（ 3）其他三相短路电流I(3 )I( 3 )( 3 )28 . 18 kAI k 2i sh(3 )1 .8428 . 18 kA51 . 85 kAI sh(3 )1 .0928 . 18 kA30 . 72 kA（ 4）三相短路容量( 3 )S d100 MVAS k 219 .57 MVAX( k2 )5 .11以上计算结果综合如表1-6 。表 1-6短路计算结果短路计算三相短路电流 /kA三相短路容量 /MVA点(3)I (3)(3)(3)(3)(3)I kI i shI shSkk-12.402.402.406.123.6243.67k-228

18、.1828.1828.1851.8530.7219.57（五）变电所一次设备的选择校验1.10kV 侧一次设备的选择校验如表 1-7 所示。表1-7 10kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能动稳定度热稳定度其他力装置地点参数UNI NI k(3)(3)(3)2 t ima条件I shI 数据10kV57.7A2.40kA6.12kA2.40 21.8=10.4一额定参数NeINeIocimaxIt2Ut次高压少油断路10kV630A16kA40kA162 2=512器设 SN10-10I/630备高压隔离开关10kV200A25.5kA102 5=5006GN8-10/200型高

19、压熔断器10kV0.5A50kA号RN2-10规电压互感器10/0.1kVJDJ-10格电压互感器100.1 /0.1二次/JDZJ-10负荷3330.6 kV电流互感器10kV100/5A225 (90 0.1) 2LJQ-1021=81 0.1kA=31.8kA避雷器 FS4-1010kV户外隔离开关12kV400A25kA102 5=500GW4-12/400表 1-7 所选的设备均满足要求。2.380V侧一次设备的选择校验如表 1-8 所示。表 1-8 380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能动稳定热稳定度其他力度装置地点条参数UNI 30(3)(3)(3)2t ima件

20、I kI shI 数据380V总 1632.1A28.18kA51.85kA28.18 20.6=476.5一额定参数UIIiI2Neocmaxtt次Ne设低压断路器380V2000A60kA备DW15-2500型号低压断路器380V630A30kA规DZ20-630格低压断路器380V200A25kADZ20-200低压刀开关380V2000AHD13-2000/30电流互感器500V2000/5ALMZJ1-0.5电流互感器500V100/5ALMZ1-0.5160/5A表 1-8 所选的一次设备均满足要求。3. 高低压母线的选择查表得，10kV 母线选 LMY-3(404) ，即母线尺寸

21、为 40mm4mm；380V母线选 LMY-3(1008)+60 6，即相母线尺寸为 100mm 8mm，而中性线母线尺寸为 60mm6mm。（六）变电所进出线及与临近单位联络线的选择1.10kv 高压进线和引入电缆的选择（ 1） 10kv 高压进线的选择校验采用 LJ 型铝绞线架空敷设，接往10kv 公用干线。1）按发热条件选择由 I 30I 1N .T57.7A 及室外环境温度 28，查表初选 LJ-16 ，其 30时的 I al 98.7 A I 30, 满足发热要求。2）校验机械强度查表知，最小允许截面 Amin35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16 不满足机械强度要求，故改选 L

22、J-35 。由于此线路很短，不需校验电压损耗。（ 2）由高压配电室至主变压器的一段引入电缆的选择校验采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择由 I30I 1N .T 57.7 A 及土壤温度 24，查表后，初选缆芯截面235mm的交联电缆，其I90A I 30 满足发热要求。a12）校验短路热稳定按下列公式计算满足短路热稳定的最小截面Amin I( 3) tima0.75222C240077mm27mm A 35 mm（式中 C 值由表查知， tima 按终端变电所保护动作时间0.5s ，加断路器断路时间0.2s ，再加0.05s 计，故 tim

23、a =0.75s 。） 由式可知所选线不符合要求，故改选缆芯截面为295 mm。因此选择电缆型号为 YJL22-10000-335。2， 380v低压出线的选择（ 1）馈电给 1 号厂房的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1） 选择低压断路器及其过流脱扣器规格查表知， DW16-630型低压断路器的过流脱扣器额定电流I315AI301A , 故初N.OR30步选择 DW16-630型低压断路器，其I N.OR315A。设瞬时脱 扣电 流 整定 为4倍， 即 IOP(0)4 315 1260A 而 ,I OP (0)43151260 AK rel I pk1.35

24、9031219.05 A 满足 I op(0 )K rel I pk 的要求，因此 .满足脱扣电流躲过尖峰电流的要求。校验断流能力： 在查表知，所选择的 DW16-630型断路器I oc30KA3I k30KA 满足要求。2） 选择导线截面查表知，当2的 VLV 铝芯电缆直接埋地敷设且土壤温度在24时其A 240 mmI al2319A 301A ，故按发热条件可以选 A 240mm。校验机械强度：由前面的计算可知，最小截面为10 mm2 ，故满足机械强度要求。3） 校验导线与低压断路器保护的配合由于瞬时过流脱扣器整定为IOP(0) 43151260A ，而4.5 I al4.5 319 14

25、35.5A, 满足I op( o) 4.5 I al 的要求。则选择 VLV22-1000-3185+1100 的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆。因此馈电给其他厂房的线路的选择也可按1 号厂房去选择 .（ 2）馈电给生活区的线路采用 BX-1000 型的铜芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择由 I30543A 及室外环境温度为28，查表可知初选 BX-1000-1240，其 28时的 I al 635A543AI 30 , 满足发热要条件2）检验机械强度查表可知，最小允许的截面积Amin10mm2 ，因此 BX-1000-1185 满足机械强度要求。3）校验电压损耗由图所示的工厂平面向量图量得变

26、电所至生活区负荷中心距离约为200m，而由表 8-36 知查的其阻抗值与BX-1000-1 240 近似等值的 TJ-240 的阻抗 R00.09/ km，X 00.20/ km（按线间几何均距 0.8m 计），又生活区的P30328.3kW , Q30141.2k var ，因此 U328.3 (0.09 0.2) 141.2 ( 0.20.2) V 30.4VU %30.4V100%8% 5%0.38380V不满足允许电压损耗要求。为确保生活用电的电压质量，决定采用四回BX-1000-1 120 的三相架空线路对生活区供电。 PEN线均采用 BX-1000-170 橡胶绝缘线。(3) 作为

27、备用电源的高压联络线的选择实验采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯结缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距位变配电所的 10kv 母线相联。2km的邻近单1 ）按发热条件选择工厂二级负荷容量共496kVA， I496 /(310kV)28.6A ，而最热月土壤平均温30度为 24 ，因此查 表 8-44 ，初 选缆芯截面为 25 mm2 的交 联聚 乙烯结缘电缆，其 I al 90A I 30, 满足发热条件。2 ）校验电压损耗2/ km， X 00.12 / km ，由表 8-42 可查得缆芯为25 mm 的铝芯电缆的 R0=1.54而二级负荷的P30352.1,Q30348.5 var

28、， 线 路 长 度 按 2km计，因此kWk352.1kW(1.54 2)348.5k var(0.12 2)U10kV116.8V116.8V100%1.17%U al5% 由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。U %10000V3 ）短路热稳定校验按本变电所高压侧短路校验， 由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯 25 mm2的交联电缆是满足稳定要求的。由于邻近单位 10kV 的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只有暂缺。车间装置地点条件电缆低压断路器校验断路器与电缆的配合名称热处理车间锻压车间铸造车间电镀车间仓库锅炉房金工车间工具车间装配车间机修车间I K3/kA/mm

29、是否30PKIal/A型号 IN.OR /Iop (0 ) /Ioc / AkOLIal / Akrel I pk/ A满足2I /AI /AA条件22066030150242DW16-8911089满足250/1000/3063022667830150242DW16-915.31089满足250/1000/3063030190330240319DW16-12191435.5满足315/1260/3063024072030150242DW16-8911089满足250/1000/306301751301670DW16-68.85315满足100/300/ 306301333993050134D

30、W16-538.7706.5满足160/640/ 3063021664830150242DW16-874.81089满足250/1000/3063030591530240319DW16-12351435.5满足315/1200/306301644923095189DW16-664.2850.5满足200/800/ 306301123363050134DW16-453.6603满足160/480/ 30630( 七) 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定1. 高压断路器的操作机构控制与信号的回路断路器采用弹簧储能操作机构， ，可实现一次重合闸。2. 变电所的电能计量回路变电所高压侧装设装用计

31、量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能， 并据以计算工厂每月的平均功率因数。 计量柜由有关部门加封和管理。3变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器 - 避雷器柜，其中电压互感器为 3 个 JDZJ-10 型的，组成开口三角的接线，用以实现电压测量和绝缘监视。作为备用电源的高压联络线上， 装有三相有功电能表、 三相无功电能表和电流表。 高压进线上亦装有电流表。低压侧的动力出线上， 均装有有功电能表和无功电能表。 低压照明线路上， 装有三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一个回路均装有电流表。低压母线上装有电压表。仪表

32、的准确度级按规范要求。4. 变电所的保护装置(1) 主变压器的继电保护装置1）装设瓦斯保护当变压器油箱内发生故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号，当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。2）装设反时限过电流保护采用 GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流整定由I L.max 2I1 N.T 2 800kVA /( 3 10kV ) 92.4 A , Krel 1.3 ， K re 0.8 ， K i 100 / 5 20 ，K w1，所以动作电流为I op1.3192.4A 7.5 A 因此过电流保护动作电流 I op 整定为 8A。0.820过电流保护动作时间的整定由于本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5s 。过电流保护灵敏系数的检验由于(2 )(3)，I k. minI k2/KT0.866 I k 2 / K T 0.866 28.2kA /(10kV / 0.4kV )0.977kAI op.1I opK i / K w1020/1200A , 因此其保护的灵敏系数为 Sp 1053/ 2005.27 1.5满足规定的灵敏度系数1.5 的要求。3） 装设电流速断保护利用 GL15型继电器的电流速断装置来实现。 速断电流的整定由 I k. max